JP2004083320A - Silicon single crystal growth method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はCZ法(チョクラルスキー法)を用いたシリコン単結晶育成方法に関し、更に詳しくは、絞り工程での結晶径の変動を防止するために磁場印加を行うシリコン単結晶育成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体基板に用いられるシリコン単結晶の製造方法には種々の方法があるが、工業的に秘録使用されている方法は回転引上げ法であるCZ法である。CZ法によるシリコン単結晶の製造では、図3に示すように、チャンバ内に配置されたルツボ1が使用される。このルツボ1は、シリコンの溶融液13を収容する石英ルツボ1aを外側から黒鉛ルツボ1bで保持する2重構造であり、回転及び昇降が可能な支持軸6の上に固定されている。
【0003】
操業では、まずルツボ1内に充填された結晶用シリコン原料を、ルツボ1の外側に略同心円状に配置された円筒形状の抵抗加熱式ヒータ2により所定雰囲気中で溶融して、溶融液13を形成する。次いで、ルツボ1の中心軸上に配置され下端に種結晶15が装着された引上げ軸5を降下させて、種結晶15を溶融液13に浸漬する。そして、ルツボ1及び引上げ軸5を所定方向に所定速度で回転させつつ、引上げ軸5を上方へ引上げて、種結晶15の下方にシリコン単結晶12を成長させる。
【0004】
このようなCZ法では、種結晶15に元から含まれる転位や着液時の熱ショックで導入される転位を除去するために、着液後に種結晶15を直径3mm程度まで細く絞る操作が行われる。これが絞り工程である。その後、結晶径を徐々に増大させて、最終的には製品径に収束させる。これにより、細い絞り部の下に、直径が徐々に増大した肩部が形成され、更にその下に定径の直胴部が形成される。結晶径を徐々に増大させて肩部を形成する工程が増径工程であり、定径の直胴部を形成する工程が定径工程である。
【0005】
CZ法によるシリコン単結晶の製造に使用される石英ルツボは、シリコンの溶融液と接することにより、表面が溶融液中に溶け、溶融液中に酸素を放出する。こうして溶融液中に溶け込んだ酸素は、その一部がシリコン単結晶中に取り込まれ、シリコン単結晶の品質に様々な影響を及ぼす。そのため、CZ法では、シリコン単結晶中に取り込まれる酸素量を制御することが重要な技術課題となる。
【0006】
そして、このような酸素濃度の制御を行う方法の一つとして、MCZ(Magnetic−field−applied CZ )法と呼ばれる磁場印加CZ法がある。この方法は、石英ルツボ内の溶融液に磁場を印加することにより、磁力線に直行する方向の対流を抑制し、制御するものである。磁場の印加方法には種々の方法があるが、なかでも特に、水平方向に磁場印加を行うHMCZ(Horizontal MCZ)法の実用化が進んでいる。ここで用いられる磁場強度は通常0.3〜0.4テスラである。
【0007】
ところで、近年の傾向として、育成される単結晶の直径及び重量が急速に増大しており、現状では直径が300mmで重量は200kgを超える結晶も生産されている。そして、結晶重量は更に増える傾向にある。ところが、通常のCZ法の絞り工程における絞り部の直径(3mm程度)では、そのような大重量の結晶を保持するのが困難である。また、溶融液の対流による液温変動に伴って絞り部でも径変動が生じ、その結果として直径が部分的に細くなると、大重量結晶の保持は更に困難になる。
【0008】
このような絞り部の径変動の問題を解決する手段として、特開平10−7487号公報、特開平9−165298号公報及び特開平11−209197号公報等により提示されている、絞り工程における磁場印加がある。
【0009】
具体的に説明すると、特開平10−7487号公報では、MCZ法における絞り工程で0.2テスラ以下の磁場印加を行い、絞り工程に続く増径工程では、定径工程に向けて0.2テスラ超まで磁場を強くすることが説明されている。
【0010】
特開平9−165298号公報では、通常のCZ法における絞り工程で1.5テスラ以上の磁場印加を行い、絞り工程に続く増径工程では、定径工程に向けて無磁場まで磁場を弱めることが説明されている。
【0011】
特開平11−209197号公報では、MCZ法における絞り工程及び増径工程で定径工程より弱い磁場印加を行うか無磁場とすることが開示されており、具体例としては絞り工程で1テスラの水平方向磁場を印加し、増径工程でその磁場を1テスラから4テスラまで強め、定径工程では4テスラの磁場印加を行うことが示されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
これから分かるように、絞り工程における磁場印加は、絞り工程に続く増径工程での磁場操作によって、その磁場を強める方法と弱める方法の2種類に大別される。いずれの方法でも、絞り工程で磁場印加を行うことにより、溶融液の対流が抑制され、絞り部の径変動が抑制される。
【0013】
ところが、絞り工程に続く増径工程で磁場を強めたり、絞り工程での磁場強度をそのまま維持すると、増径工程で有転位化を頻発するという問題がある。この理由は以下のように考えられる。
【0014】
シリコン溶融液中に磁場を印加した場合、「野上裕:日本機械学会第11回計算力学講演会講演論文集(1998)P414」に記載されているように、ルツボの中心を通り磁場印加方向に平行な面に対して対称となるロール状の流れが生じる。増径工程初期のように溶融液の温度が比較的高い状態では、この流れも強く、溶融液中に存在する異物が成長界面に輸送され、有転位化が促進されることになる。
【0015】
これに対し、特開平9−165298号公報に記載されているように増径工程で磁場印加を停止すると、上述したロール状の対流はなくなり、この対流による成長界面への異物輸送、及びこれによる有転位化は防止される。しかし、その一方では、消磁に伴う対流変化による温度差が増大し、結晶径が急増して制御不能に陥る危険性のあることが判明した。
【0016】
また、磁場印加が行われる絞り工程においても、ルツボの回転数によっては、磁場によって制止される溶融液とルツボ回転との相互作用によって溶融液の温度変動が大きくなり、絞り部の径変動が十分に抑制されない問題が生じる。この問題は、直径が700mm以上の大口径ルツボを使用して直径が200mm以上の大径結晶を引上げる場合に顕著となる。
【0017】
本発明の目的は、絞り工程での径変動を安定的に抑制でき、合わせて増径工程での有転位化も制御不能も回避できるシリコン単結晶成長方法を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者らは絞り部の形成に及ぼす磁場印加の影響、更には磁場以外の諸因子による影響を詳細に調査検討した。その結果、以下の事実が判明した。
【0019】
第1に、絞り部の径変動を抑制するためには、溶融液への磁場印加、とりわけ水平方向の磁場印加が有効である。第2に、絞り工程で磁場印加を行った場合に問題となる増径工程での有転位化を抑制するためには、増径工程で磁場印加を停止することが不可欠である。第3に、増径工程での消磁に伴う径制御の不安定化に対しては、絞り工程で印加する磁場をできるだけ弱くして、消磁したときの物理的変化を小さくするのが有効である。第4に、磁場印加により絞り部の径変動を抑制する場合、ルツボの回転数も径変動の抑制に対して重要因子となり、その回転数をできるだけ小さく抑えることが必要である。
【0020】
本発明のシリコン単結晶成長方法は、かかる知見を基礎として完成されたものであり、ルツボ内に結晶用シリコン原料を充填して溶融し、その溶融液に浸漬した種結晶を回転させながら引上げることにより、種結晶の下方にシリコン単結晶を成長させるCZ法によるシリコン単結晶成長方法において、転位を除去するための絞り工程でルツボ回転数を1rpm以下とすると共に、水平方向に0.1テスラ以下の磁場を印加し、絞り工程から増径工程に移行する段階でその磁場印加を停止するするものである。
【0021】
絞り部の径変動を抑制するためには、水平磁場の印加により溶融液の対流を抑制するのが有効である。しかしながら、0.1テスラを超える磁場を用いると、磁場印加を停止した場合に対流変化に伴う温度差が増大し、結晶径が急増して制御不能に陥る。従って、絞り工程で用いる磁場強度は0.1テスラ以下とし、0.08テスラ以下が特に好ましい。なお、絞り部の径変動の主因である溶融液の対流を抑制するためには0.03テスラ程度の微弱磁場でも十分に有効である。この観点から、磁場強度の下限については0.01テスラ以上が好ましく、0.03テスラ以上が特に好ましい。
【0022】
絞り工程における磁場印加を、大口径ルツボを使用した大径の大型単結晶の引上げに適用した場合、絞り工程におけるルツボ回転数が大きいと、磁場により制止される溶融液とルツボ回転との相互作用によって溶融液の温度変動が大きくなり、磁場印加を行っているにもかかわらず、むしろ逆効果になって絞り部の径変動が大きくなり、大重量結晶の保持が困難になる。このため、磁場印加下では絞り工程でのルツボ回転数は1rpm以下とする。このルツボ回転数の下限については、特に限定されるものではなく、ルツボ回転を停止さえしなければよい。装置精度上、ルツボの安定な回転を維持する観点からは、0.2rpm以上がよい。
【0023】
磁場停止後、このような低ルツボ回転のままで増径工程を行うと、ルツボ内の外周部から中心部に向かう自然対流が発生し、異物を成長界面に運搬するために、有転位化が生じやすくなる。この問題に対しては、ルツボ回転数を増加し、遠心力やそれに伴う強制対流により異物の運搬を阻止するのが有効である。具体的には、増径工程中で結晶径が100mmに達するまでにルツボ回転数を3rpm以上に変更するのが好ましい。
【0024】
以上により安定した絞り工程、増径工程が可能になり、更に、増径工程から定径工程への移行時に再び磁場を印加し、ルツボ回転数を所定の回転数に変更することにより、大重量のHMCZ法も可能となる。定径工程での磁場強度としては0.1〜0.4テスラが好ましく、ルツボ回転数としては0.2〜10rpmが好ましい。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明のシリコン単結晶成長方法の実施に適したCZ引上げ炉の縦断面図、図2はルツボ回転数の変更パターンを例示するグラフである。
【0026】
まず、本実施形態のシリコン単結晶成長方法に使用されるCZ引上げ炉の構造について説明する。
【0027】
本CZ引上げ炉は、炉体であるチャンバ7として、円筒形状のメインチャンバ7aと、メインチャンバ7a上に載置された小径のプルチャンバ7bとを備えている。
【0028】
メインチャンバ7a内の中心部には、ルツボ1が配置されている。ルツボ1は、シリコンの溶融液13を収容する石英ルツボ1aを外側から黒鉛ルツボ1bで保持する2重構造であり、回転及び昇降が可能な支持軸6の上に固定されている。
【0029】
ルツボ1の外側には、円筒形状の抵抗加熱式ヒータ2が略同心円状に配置されている。ヒータ2の更に外側には、円筒形状の保温筒8aが、メインチャンバ7aの内面に沿って配置されている。メインチャンバ7aの底部上には保温板8bが配置されている。
【0030】
ルツボ1の中心軸上には、引上げ軸5であるワイヤがプルチャンバ7bを通じて同心状に吊設されている。引上げ軸5は下端に種結晶15を保持しており、プルチャンバ7bの最上部に設けられた巻き取り機構により回転駆動されると共に昇降駆動される。
【0031】
一方、メインチャンバ7aの外側には、ルツボ1内の溶融液13に水平方向の磁場を印加するために1組の超電導磁石30a,30bが対向して配置されている。
【0032】
次に、このような引上げ炉を使用して直径が300mmのシリコン単結晶12を育成する方法について説明する。
【0033】
結晶用シリコン原料を300kg充填し不純物としてのリンを加えたルツボ1をチャンバ7内にセットする。石英ルツボ1aの直径は750mmである。チャンバ7内を25Torrに減圧し、不活性ガスとして100L/minのArガスを導入する。ルツボ1内の結晶用シリコン原料及びリンをヒータ2により加熱溶融して、溶融液13を形成する。
【0034】
溶融液13を形成した後、超電導磁石30a,30bによりその溶融液13に0.05テスラの水平方向磁場を印加し、融液温度が安定した後、種結晶15を溶融液13に浸漬し、ルツボ1及び引上げ軸5を所定方向に所定速度で回転させつつ、引上げ軸5を上方へ引上げて、結晶径を15mmから5mmまで縮小した。この絞り工程におけるルツボ1の回転数は1.0rpm、引上げ軸5の回転数は10rpmとした。磁場強度は0.05テスラを維持した。
【0035】
絞り工程が終わると直ちに磁場印加を停止し、増径工程に移行した。増径工程では、結晶径が100mmとなる時点でルツボ回転数が5rpmとなるようにルツボ回転数を結晶径の増大に伴って増大させた。その後は、ルツボ回転数を5rpmに維持したままで、結晶径を310mmまで増大させ、増径部(肩部)12aを完成させた。
【0036】
そして、結晶径が310mmに達した時点で定径工程に移行し、長さ1400mmの直胴部12bを育成した。育成された単結晶12の総重量は270kgである。絞り工程での印加磁場強度を0.1テスラ以下に下げると共に、ルツボ回転数を1rpm以下に下げ、増径工程で消磁したことにより、絞り部の径変動が僅かに抑制され、目標値である5mmがほぼ全長にわたって維持されると共に、増径工程でも安定な径制御が続行され、その結果として安定な引上げが行われた。また、結晶品質も良好であった。
【0037】
別の実施例として、増径工程までは先の実施例と同じに行い、結晶径が300mmに達した時点で0.03テスラの水平方向磁場を印加すると共に、ルツボ回転数を5rpmから1rpmに変更した。そして、1400mmの直胴部を育成した。安定な引上げが行われたのは勿論のこと、DF性、品質とも問題なかった。
【0038】
比較のために、通常のCZ法(無磁場)で形成した絞り部に対して引張試験を実施したところ、表1のように、300mm未満の荷重で破断が生じ、300kg以上の単結晶を引上げることができないことが判明した。
【0039】
【表1】
【0040】
また、絞り工程で磁場を印加しても、その強度が0.1テスラを超える例えば0.3テスラの場合は、増径工程への移行時に磁場印加を停止したにもかわらず、結晶径が100mmに達するまでの間に有転位化が生じた。なお、ルツボ回転数は図2のパターンとした。
【0041】
また、絞り工程で印加する磁場強度が0.1テスラ以下の例えば0.05テスラであり、且つ増径工程への移行時に磁場印加を停止した場合であっても、絞り工程でのルツボ回転数が1rpmを超える例えば3rpmの場合は絞り工程における径変動が大きくなり、大重量結晶を保持することが困難となる。
【0042】
また、絞り工程で印加する磁場強度が0.1テスラ以下の例えば0.05テスラで、且つ絞り工程でのルツボ回転数が1.0rpmの場合であっても、増径工程で引き続き磁場印加を行った場合は増径工程の初期において有転位化が頻発した。なお、ルツボ回転数は図2のパターンとした。
【0043】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明のシリコン単結晶成長方法は、転位を除去するための絞り工程でルツボ回転数を1rpm以下に制限すると共に、水平方向に0.1テスラ以下の微弱磁場を印加し、且つ、絞り工程から増径工程に移行する段階でその磁場印加を停止することにより、絞り工程での径変動を安定的に抑制でき、増径工程での有転位化及び制御不能も回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のシリコン単結晶成長方法の実施に適したCZ引上げ炉の縦断面図である。
【図2】ルツボ回転数の変更パターンを例示するグラフである。
【図3】CZ法によるシリコン単結晶成長方法の説明図である。
【符号の説明】
1 ルツボ
2 ヒータ
5 引上げ軸
6 支持軸
7 チャンバ
12 単結晶
13 溶融液
15 種結晶
30 超電導磁石[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for growing a silicon single crystal using the CZ method (Czochralski method), and more particularly, to a method for growing a silicon single crystal in which a magnetic field is applied in order to prevent a change in crystal diameter in the drawing step.
[0002]
[Prior art]
There are various methods for manufacturing a silicon single crystal used for a semiconductor substrate, and a method used industrially is the CZ method, which is a rotary pulling method. In the production of a silicon single crystal by the CZ method, a crucible 1 arranged in a chamber is used as shown in FIG. The crucible 1 has a double structure in which a quartz crucible 1a containing a
[0003]
In operation, first, the silicon raw material for crystal filled in the crucible 1 is melted in a predetermined atmosphere by a cylindrical resistance
[0004]
In such a CZ method, in order to remove dislocations originally contained in the
[0005]
The surface of a quartz crucible used for producing a silicon single crystal by the CZ method is melted by contact with a silicon melt, and oxygen is released into the melt. Part of the oxygen thus dissolved in the melt is taken into the silicon single crystal, and has various effects on the quality of the silicon single crystal. Therefore, in the CZ method, it is an important technical subject to control the amount of oxygen taken into the silicon single crystal.
[0006]
As one of the methods for controlling the oxygen concentration, there is a magnetic field applying CZ method called an MCZ (Magnetic-field-applied CZ) method. In this method, a magnetic field is applied to a melt in a quartz crucible to suppress and control convection in a direction perpendicular to the lines of magnetic force. There are various methods for applying a magnetic field, and among them, the HMCZ (Horizontal MCZ) method for applying a magnetic field in the horizontal direction has been put into practical use. The magnetic field strength used here is usually 0.3 to 0.4 Tesla.
[0007]
Meanwhile, as a recent trend, the diameter and weight of a single crystal to be grown are rapidly increasing, and at present, crystals having a diameter of 300 mm and a weight exceeding 200 kg are also produced. And the crystal weight tends to further increase. However, it is difficult to hold such a heavy crystal with the diameter (about 3 mm) of the drawn part in the drawing step of the ordinary CZ method. In addition, when the diameter of the constricted portion changes due to the liquid temperature fluctuation due to the convection of the melt, and as a result the diameter is partially reduced, it becomes more difficult to hold the heavy crystals.
[0008]
As means for solving such a problem of the diameter variation of the narrowed portion, a magnetic field in the narrowing process disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 10-7487, 9-165298 and 11-209197, etc. There is an application.
[0009]
More specifically, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-7487, a magnetic field of 0.2 Tesla or less is applied in the drawing step in the MCZ method, and in the diameter increasing step following the drawing step, 0.2 mm is applied to the constant diameter step. It is described that the magnetic field is increased to a level exceeding Tesla.
[0010]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-165298, a magnetic field of 1.5 Tesla or more is applied in the drawing step in the normal CZ method, and in the diameter increasing step following the drawing step, the magnetic field is reduced to a magnetic field-free toward the constant diameter step. Has been described.
[0011]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-209197 discloses that a magnetic field weaker than that of a constant diameter step is applied or a magnetic field is not applied in a drawing step and a diameter increasing step in the MCZ method. It is shown that a horizontal magnetic field is applied, the magnetic field is increased from 1 Tesla to 4 Tesla in a diameter increasing step, and a magnetic field of 4 Tesla is applied in a constant diameter step.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
As can be understood from the above, the application of a magnetic field in the drawing step is roughly classified into two methods, a method of increasing the magnetic field and a method of weakening the magnetic field by a magnetic field operation in the diameter increasing step following the drawing step. In any method, by applying a magnetic field in the drawing step, the convection of the melt is suppressed, and the diameter variation of the drawing part is suppressed.
[0013]
However, if the magnetic field is strengthened in the diameter increasing step following the drawing step, or if the magnetic field strength in the drawing step is maintained as it is, there is a problem that dislocations frequently occur in the diameter increasing step. The reason is considered as follows.
[0014]
When a magnetic field is applied to the silicon melt, as described in “Hiroshi Nogami: Proceedings of the 11th JSME Computational Mechanics Conference (1998) P414”, the magnetic field is applied in the direction of the magnetic field passing through the center of the crucible. A roll-shaped flow that is symmetric with respect to the parallel plane occurs. In a state where the temperature of the melt is relatively high as in the initial stage of the diameter increasing step, the flow is strong, and foreign substances existing in the melt are transported to the growth interface, and the dislocation is promoted.
[0015]
On the other hand, when the application of the magnetic field is stopped in the diameter increasing step as described in JP-A-9-165298, the above-mentioned convection in the form of a roll disappears, and foreign matter is transported to the growth interface by this convection, and Dislocations are prevented. However, on the other hand, it has been found that there is a danger that the temperature difference due to the convection change accompanying the demagnetization increases, and the crystal diameter rapidly increases, leading to loss of control.
[0016]
Also, in the drawing process in which a magnetic field is applied, depending on the number of rotations of the crucible, the temperature fluctuation of the melt becomes large due to the interaction between the melt and the crucible rotation that is stopped by the magnetic field. The problem that is not suppressed arises. This problem becomes remarkable when a large-diameter crystal having a diameter of 200 mm or more is pulled using a large-diameter crucible having a diameter of 700 mm or more.
[0017]
An object of the present invention is to provide a silicon single crystal growth method capable of stably suppressing a diameter variation in a drawing step and avoiding dislocations and uncontrollability in a diameter increasing step.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present inventors have studied in detail the effect of the application of a magnetic field on the formation of the constricted portion, and the effects of various factors other than the magnetic field. As a result, the following facts became clear.
[0019]
First, application of a magnetic field to the melt, particularly application of a magnetic field in the horizontal direction, is effective in suppressing the fluctuation of the diameter of the constricted portion. Secondly, in order to suppress dislocations in the diameter increasing step, which becomes a problem when a magnetic field is applied in the drawing step, it is essential to stop the magnetic field application in the diameter increasing step. Thirdly, it is effective to make the magnetic field applied in the drawing step as small as possible to reduce the physical change when demagnetizing in order to make the diameter control unstable due to demagnetization in the diameter increasing step. . Fourth, when the diameter variation of the narrowed portion is suppressed by applying a magnetic field, the rotation speed of the crucible is also an important factor in suppressing the diameter change, and it is necessary to keep the rotation speed as low as possible.
[0020]
The silicon single crystal growth method of the present invention has been completed on the basis of such knowledge, and is filled with a silicon material for crystal in a crucible, melted, and pulled up while rotating a seed crystal immersed in the melt. Accordingly, in the silicon single crystal growth method by the CZ method in which a silicon single crystal is grown below the seed crystal, the crucible rotation speed is set to 1 rpm or less in the drawing step for removing dislocations, and 0.1 tesla in the horizontal direction. The following magnetic field is applied, and the application of the magnetic field is stopped at the stage of shifting from the drawing process to the diameter increasing process.
[0021]
In order to suppress the fluctuation of the diameter of the constricted portion, it is effective to suppress the convection of the melt by applying a horizontal magnetic field. However, when a magnetic field exceeding 0.1 Tesla is used, when the application of the magnetic field is stopped, the temperature difference accompanying the change in convection increases, and the crystal diameter rapidly increases, resulting in loss of control. Therefore, the magnetic field intensity used in the drawing step is set to 0.1 Tesla or less, and particularly preferably 0.08 Tesla or less. It should be noted that a weak magnetic field of about 0.03 Tesla is sufficiently effective to suppress the convection of the melt, which is the main cause of the diameter fluctuation of the throttle portion. In this respect, the lower limit of the magnetic field strength is preferably equal to or greater than 0.01 Tesla, and particularly preferably equal to or greater than 0.03 Tesla.
[0022]
When the application of a magnetic field in the drawing process is applied to pulling a large single crystal with a large diameter using a large-diameter crucible, if the crucible rotation speed in the drawing process is large, the interaction between the melt and the crucible rotation stopped by the magnetic field As a result, the temperature fluctuation of the melt becomes large, and despite the application of a magnetic field, the diameter of the narrowed portion becomes large due to the opposite effect, making it difficult to hold a heavy crystal. For this reason, the crucible rotation speed in the drawing step is set to 1 rpm or less under the application of a magnetic field. The lower limit of the crucible rotation speed is not particularly limited, and the crucible rotation need only be stopped. From the viewpoint of maintaining the stable rotation of the crucible, the rotation speed is preferably 0.2 rpm or more from the viewpoint of device accuracy.
[0023]
After the magnetic field is stopped, if the diameter increasing step is performed while maintaining such a low crucible rotation, natural convection from the outer periphery to the center in the crucible occurs, and dislocations are formed in order to transport foreign matter to the growth interface. It is easy to occur. To solve this problem, it is effective to increase the number of rotations of the crucible, and to prevent the foreign matter from being transported by centrifugal force and accompanying forced convection. Specifically, it is preferable to change the crucible rotation speed to 3 rpm or more during the diameter increasing step until the crystal diameter reaches 100 mm.
[0024]
As described above, a stable drawing process and a diameter increasing process can be performed, and a magnetic field is applied again at the time of shifting from the diameter increasing process to the constant diameter process, and the crucible rotation speed is changed to a predetermined rotation speed, thereby increasing the weight. HMCZ method is also possible. The magnetic field strength in the constant diameter step is preferably 0.1 to 0.4 Tesla, and the crucible rotation speed is preferably 0.2 to 10 rpm.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a CZ pulling furnace suitable for carrying out the silicon single crystal growth method of the present invention, and FIG. 2 is a graph illustrating a change pattern of a crucible rotation speed.
[0026]
First, the structure of the CZ pulling furnace used in the silicon single crystal growth method of the present embodiment will be described.
[0027]
The present CZ pulling furnace includes a cylindrical main chamber 7a and a small-diameter pull chamber 7b mounted on the main chamber 7a as a chamber 7, which is a furnace body.
[0028]
The crucible 1 is arranged in the center of the main chamber 7a. The crucible 1 has a double structure in which a quartz crucible 1a containing a
[0029]
Outside the crucible 1, a cylindrical resistance
[0030]
On the central axis of the crucible 1, a wire serving as the pull-up shaft 5 is suspended concentrically through a pull chamber 7b. The pulling shaft 5 holds a
[0031]
On the other hand, outside the main chamber 7a, a pair of superconducting magnets 30a and 30b are arranged to face each other to apply a horizontal magnetic field to the
[0032]
Next, a method of growing a silicon
[0033]
A crucible 1 filled with 300 kg of a silicon material for crystallization and added with phosphorus as an impurity is set in the chamber 7. The diameter of the quartz crucible 1a is 750 mm. The pressure in the chamber 7 is reduced to 25 Torr, and Ar gas at 100 L / min is introduced as an inert gas. The crystal silicon raw material and phosphorus in the crucible 1 are heated and melted by the
[0034]
After the
[0035]
Immediately after the drawing step, the application of the magnetic field was stopped, and the process was shifted to the diameter increasing step. In the diameter increasing step, the crucible rotation speed was increased as the crystal diameter increased so that the crucible rotation speed became 5 rpm when the crystal diameter became 100 mm. Thereafter, the crystal diameter was increased to 310 mm while maintaining the crucible rotation speed at 5 rpm, and the increased diameter portion (shoulder portion) 12a was completed.
[0036]
Then, when the crystal diameter reached 310 mm, the process was shifted to the constant diameter process, and a straight body portion 12b having a length of 1400 mm was grown. The total weight of the grown
[0037]
As another embodiment, the same process as in the previous embodiment is performed up to the diameter increasing step. When the crystal diameter reaches 300 mm, a horizontal magnetic field of 0.03 Tesla is applied, and the crucible rotation speed is reduced from 5 rpm to 1 rpm. changed. Then, a 1400 mm straight body was grown. Of course, stable pulling was performed, and there was no problem with DF characteristics and quality.
[0038]
For comparison, a tensile test was performed on a drawn portion formed by a normal CZ method (no magnetic field). It turned out that it could not be raised.
[0039]
[Table 1]
[0040]
Also, even if a magnetic field is applied in the drawing step, if the strength exceeds 0.1 Tesla, for example, 0.3 Tesla, the crystal diameter is reduced despite the stop of the magnetic field application at the time of shifting to the diameter increasing step. Dislocation occurred before reaching 100 mm. The crucible rotation speed was the pattern shown in FIG.
[0041]
Further, even if the magnetic field intensity applied in the drawing step is 0.1 Tesla or less, for example, 0.05 Tesla, and the application of the magnetic field is stopped at the time of shifting to the diameter increasing step, the number of crucible rotations in the drawing step is reduced. Is more than 1 rpm, for example, 3 rpm, the diameter variation in the drawing process becomes large, and it becomes difficult to hold a heavy crystal.
[0042]
Further, even when the intensity of the magnetic field applied in the drawing step is 0.1 Tesla or less, for example, 0.05 Tesla, and the crucible rotation speed in the drawing step is 1.0 rpm, the application of the magnetic field is continued in the diameter increasing step. When it was performed, dislocations occurred frequently in the early stage of the diameter increasing step. The crucible rotation speed was the pattern shown in FIG.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, the silicon single crystal growth method of the present invention limits the crucible rotation speed to 1 rpm or less and applies a weak magnetic field of 0.1 Tesla or less in the horizontal direction in the drawing step for removing dislocations. In addition, by stopping the application of the magnetic field at the stage of shifting from the drawing process to the diameter increasing process, it is possible to stably suppress the diameter variation in the drawing process, and to avoid dislocations and uncontrollability in the diameter increasing process. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a CZ pulling furnace suitable for carrying out a silicon single crystal growth method of the present invention.
FIG. 2 is a graph illustrating a change pattern of a crucible rotation speed;
FIG. 3 is an explanatory diagram of a silicon single crystal growth method by the CZ method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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